土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評

馮玉凱

（天津市東濱商品砼有限公司，天津 300240）

1 幾個基本概念

1.1 安全評估

通過一些測試手段對土木工程建筑進行安全檢測，通過技術手段對建筑物的安全等級進行可靠性評估。

1.2 建筑健康

通過檢測對土木工程的各項指標進行分析，確定建筑的各項指標符合設計要求這樣的建筑可以定為健康建筑。

1.3 健康監測

土木工程在使用過程中由于會受到各種損傷，所以在使用過程中會受到不同程度的破壞，健康監測是利用一些先進的監測手段，比如無損檢測等手段對建筑的安全性進行監測的一種方法。

1.4 健康診斷

健康診斷是由于建筑物受到損傷以后，通過對建筑的各項指標的檢測來檢查分析就按照的損壞程度，對建筑的安全性進行分析診斷從而判斷建筑的使用價值的一種方法。

2 健康監測系統的組成

在建筑的健康診斷的基礎上可以對建筑的結構安全性做出判斷，在建筑的監測系統中健康診斷是其中的一小部分工作，沒有健康監測系統的建筑，需要在建筑的關鍵部位安裝一些傳感器來盡心建筑的健康測量工作。健康監測系統包括以下組成部分：

1） 傳感系統包括一些穿管器和測量器械；2） 采集數據分和分析數據系統，由計算機軟件進行分析；3） 監控設備可以隨時監控建筑的各種指標，健康監控系統通過傳感器采集的信息，進行計算機軟件分析從而對建筑的使用和受到損害情況進行實時的監控，可以有效地控制建筑的安全事故的發生，杜絕發生重大的建筑事故。

3 傳感系統

3.1 傳感器

傳統的傳感器很多但是這些傳感器都已經在技術上比較落后了，很多都是模擬電路的結構沒有智能功能，所以現在這些比較老舊的傳感器基本處于被淘汰狀態。

現在新型的智能傳感器有光線傳感器、壓電傳感器和電磁傳感器等。光電傳感器由于其自身的優勢的到了廣大用戶的喜愛，所以應用范圍比較廣泛。

光纖傳感器按照結構和用途可分為本征型和非本征型，非本征型的光纖傳感器沒有本征型的光線傳感器好用，所以現在具體應用中基本上處在淘汰的狀態，還有的傳感器在檢測中，不會受到光的影響和環境的干擾，測量的范圍只收到光譜的限制，測量的分辨率比較高可以實現多參數的測量，所以在實際應用中得到廣泛追捧。傳感器在實際應用中有測量應變、位移和溫度等不同作用，比如在隧道工程中可以采用光線傳感器對大體積混凝土進行無損檢測，通過傳感器對溫度的檢測可以防止大體積混凝土出現裂紋現象。我國的三峽工程也在鋼索的預制中利用光纖傳感器進行鋼所的應力和變形檢測，科學家通過實驗發明了光纖傳感器的結構安裝使用方法，把光纖傳感器和計量裝置安裝在建筑的關鍵部位上，用于對建筑的實施安全檢測工作。

還有一些特殊的傳感器可以用于檢測混凝土的各種化學變化，比如各種酸堿鹽的侵蝕作用，采用耗散波普傳感器，可以進行ph 值的變換分析，這種測量方法可以測量建筑的老化過程，將磁伸縮傳感器和電腦連接可以檢測鋁結構的裂紋，選擇合適的電子元件，可以和標準的電腦接頭相配合，不用使用外部電源、放大器等設備。

還有一些比較特殊的傳感器，比如損傷指數傳感器，這個傳感器可加測無線電峰值，可以檢測無線縫制和位移，反映建筑的累積形變。記憶損傷的檢測可以體現在傳感器溫度的變化上，通過超聲波轉化為可視圖像。

3.2 傳感器的布置

由于經濟和結構的原因，有的地方不可能安防傳感器，所以就出現了傳感器的安置問題，現在工程中經常采取的方法有：模態動能法，通過觀察選擇一些振幅比較大的點它會依賴網格劃分根據動能原理，催生出很多方法，這些方法使控制器和結構之間可以傳遞能量，根據控制率使剩余模態影響降低。清華大學在青馬大橋的檢測中利用遺傳算法，尋找到了最佳位置，使測點遠離陣型節點。

4 無損檢測

無損檢測可以分為兩種：局部和整體。整體法要對整體結構進行評價，局部法依靠無損檢測技術對結構進行局部檢測，判斷工程的局部損傷程度，整體和局部無損檢測法結合使用會產生很好地效果。整體檢測法：整體檢測法有指紋分析法、模型修正法和系統識別法等方法組成。指紋分析法是根據經驗如果結構發生損傷那么解雇的參數和指標一定會發生變化，所以就可以引發動力指紋的變化，常見的動力指紋有頻率、振型、應變模式、頻率指數等很多方面，生鮮建立與動力指紋相應的一些數據庫，然后將發生損傷的指紋進行比較，就可以進行損傷識別，這類方法的缺點是蜜柑星不高，所以很難和數據庫進行比較，一些科學家采用了很多數學方法進行研究，最后通過建立能量分布與損傷之間的關系，利用模式識別方法愛進行損傷檢測。

5 信號采集和分析

信號采集和分析是檢測系統比較重要的環節，目前國內外都在研發這個系統的電腦軟件，清華大學研究的軟件比較先進，設計了一套用于檢測結構損傷的檢測系統，安裝在建筑結構上用于無線電監測使用。

6 健康監測和診斷系統的應用

建筑檢測系統的成本很高，所以我國只有一些比較重要的工程才會安裝健康監測系統，在國外建筑檢測系統的安裝比較普遍，一些大型混凝土工程和高層建筑都有檢測系統，通過建筑檢測系統可以實時的檢測建筑的安全指數，避免一些惡性事故的發生。

7 結語

土木工程的安全性評估和健康檢測工作，對于工程建筑來說是一項比較重要的工作，隨著高科技的發展，建筑的檢測工作在智能傳感器的推動下有了很大的提高，通過對建筑的健康檢測避免了一些安全事故的發生保證了工程建筑的安全使用。